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編號 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 相關(guān)資料 題目： CK6163型數(shù)控機床設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化專業(yè) 學(xué) 號： 　　　 0923148　　　　 學(xué)生姓名： 肖 宇 指導(dǎo)教師： 　 尤麗華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 目 錄 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）外文資料翻譯 三、畢業(yè)設(shè)計（論文）周次進度計劃、檢查落實表 四、實習(xí)鑒定表 無錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告 題目： CK6163型數(shù)控機床設(shè)計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學(xué) 號： 　　　 0923148　　　　 學(xué)生姓名： 肖 宇 指導(dǎo)教師： 　 尤麗華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013年5月25日 課題來源 受益于國家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境和強勁的市場需求拉動，國內(nèi)機床工具行業(yè)出現(xiàn)了技術(shù)長足發(fā)展、投資熱情高漲的局面。數(shù)控機床的水平、品種和生產(chǎn)能力直接反映了國家的技術(shù)、經(jīng)濟綜合國力。數(shù)控機床作為國防軍工的戰(zhàn)略裝備，是各種武器裝備最重要的制造手段，是國防軍工裝備現(xiàn)代化的重要保證。數(shù)控機床一般由輸入介質(zhì)、人機交互設(shè)備、計算機數(shù)控裝置、進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)、主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋裝置和適應(yīng)控制裝置等部分組成。隨著振興裝備制造業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域的高水平新產(chǎn)品的發(fā)展，每個領(lǐng)域都對數(shù)控機床提出了更高的要求。CK6163型數(shù)控機床也被廣泛運用。此次進行對CK6163型數(shù)控機床的床頭箱、變速箱以及進給機構(gòu)的設(shè)計。 科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等） 自20世紀(jì)中期以來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展。自動信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計算機的出現(xiàn)，給自動化技術(shù)帶來了新的概念，用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制，從而推動了自動化的發(fā)展，讓世界機床業(yè)進入了機電一體化的時代。數(shù)控機床機床是制造業(yè)的加工航母和國名經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)，它為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟與社會效應(yīng)。 目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已經(jīng)先后完成數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進程，而我國是從20世紀(jì)80年代才開始起步，處于發(fā)展階段。長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于抵擋迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進口，技術(shù)受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達到了10-15年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時，中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 十二五期間我國將持續(xù)投入，且力度加大，力爭通過10-15年的時間，實現(xiàn)由機床工具生產(chǎn)大國向機床工具強國轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)國產(chǎn)中高檔數(shù)控機床在國內(nèi)市場占有主導(dǎo)地位等一系列中長期目標(biāo)。 研究內(nèi)容 本設(shè)計內(nèi)容是對CK6163型數(shù)控機床的機械部分設(shè)計和利用MCS-51系列單片機，對縱、橫向進給系統(tǒng)給進行開環(huán)設(shè)計。使其在縱向和橫向具有直線和圓弧插補的功能，驅(qū)動元件采用電液脈沖馬達，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠，使車床進行精確動作，能進行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的啟動，停止和變速，縱向和橫向進給運動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線，錐度、直螺紋和錐螺紋的自動循環(huán)機能。 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析 通過對CK6163型數(shù)控機床的了解，總結(jié)出CK6163型數(shù)控機床的基本結(jié)構(gòu)。工作方式與原理。進行查閱書籍和圖冊，確定基本設(shè)計參數(shù)，從而進行初步的作圖。交由老師檢查，修改。完成后，對圖紙進行最終修改及確認(rèn)，編寫設(shè)計說明書。 可行性分析：《2013-2017年中國數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展分析報告》指出2008年我國年產(chǎn)已達12.2萬臺；“十一五”期間，隨著一些關(guān)鍵技術(shù)突破和自主生產(chǎn)能力的形成，我國數(shù)控機床產(chǎn)量保持著高速增長。2010年我國數(shù)控機床產(chǎn)量達到23.6萬臺，同比增長62.2%；同時機床消費超達60億美元，臺數(shù)超過10萬臺。2011年我國數(shù)控機床產(chǎn)量25.71萬臺，比上年增長20.6%，產(chǎn)量首次超過25萬臺，創(chuàng)下歷史新高。在經(jīng)濟發(fā)展、國家政策大力支持下，我國數(shù)控機床業(yè)的旺盛需求仍將保持高速增長。由此可見，該設(shè)計方案切實可行。 研究計劃及預(yù)期成果 2012年11月12日-2012年12月2日：按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書。 2013年1月11日-2013年3月5日：填寫畢業(yè)實習(xí)報告。 2013年3月8日-2013年3月14日：按照要求修改畢業(yè)設(shè)計開題報告。 2013年3月15日-2013年3月21日：學(xué)習(xí)并翻譯一篇與畢業(yè)設(shè)計相關(guān)的英文材料。 2013年3月22日-2013年4月11日：數(shù)控機床床頭箱和變速箱的初步設(shè)計，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計，材料的選擇，各部件的參數(shù)設(shè)計；強度計算，分析驗證,優(yōu)化設(shè)計。 2013年4月12日-2013年4月25日：完成二維圖的繪制。 2013年4月26日-2013年5月25日：畢業(yè)論文撰寫和修改工作。 特色或創(chuàng)新之處 數(shù)控機床相對于普通機床具有以下優(yōu)點：①具有高度柔性；②加工精度高；③加工質(zhì)量穩(wěn)定、可靠；④生產(chǎn)效率高；⑤改善勞動條件；⑥利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化； 已具備的條件和尚需解決的問題 1. ①已具備條件： 各類資料比較齊全，查閱方便； CK6163型數(shù)控機床已有類似產(chǎn)品可供參考； 2. ②尚需解決的問題： 對一些結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的具體設(shè)計指導(dǎo)，以及制圖軟件的高級運用技巧。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室（學(xué)科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 系意見 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日 存檔編碼：無無錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 2013 屆屆畢畢業(yè)業(yè)作作業(yè)業(yè)周周次次進進度度計計劃劃、檢檢查查落落實實表表 系別：信機系 班級：機械93班 學(xué)生姓名：肖宇 課題（設(shè)計）名稱：CK6163型數(shù)控機床設(shè)計 開始日期：2012.11.15周次起止日期工作計劃、進度每周主要完成內(nèi)容存在問題、改進方法指導(dǎo)教師意見并簽字備 注1-32012年11月12日-2012年12月2日教師下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，學(xué)生初步閱讀資料，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告。按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書參考資料不詳細(xì)，論文里想干結(jié)構(gòu)設(shè)計比較混亂分散，要將論文中設(shè)計的部件整合起來研究4-102012年12月3日-1月20日指導(dǎo)專業(yè)實訓(xùn)在公司實習(xí)，了解公司的主要生產(chǎn)流程初次進入工廠實習(xí)，對生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不太熟悉，要多動手做，加強熟悉工作流程11-122013年1月21日-3月1日指導(dǎo)畢業(yè)實習(xí)進行實習(xí)對設(shè)備不太熟悉，跟老師交流解決132012年3月4日-3月8日開始主軸箱總裝配圖的繪制確定主軸箱的總體結(jié)構(gòu)，整理設(shè)計思路，并開始繪制主軸箱裝配圖各部件的裝配關(guān)系還不明顯,裝配圖還不全,缺少相關(guān)尺寸,明細(xì)表不完善142013年3月11日-3月15日完成主軸箱總裝配圖的繪制對畫出的裝配圖進行修改和完善，并完成主軸箱的總裝配圖無152013年3月18日-3月22日開始變速箱總體裝配圖的繪制確定變速箱的總體結(jié)構(gòu)，整理設(shè)計思路，并開始繪制變速箱裝配圖各部件的裝配關(guān)系還不明顯,裝配圖還不全,缺少相關(guān)尺寸,明細(xì)表不完善162013年3月25日-3月29日完成變速箱的總裝配圖繪制對畫出的裝配圖進行修改和完善，并完成變速箱的總裝配圖無172013年4月1日-4月5日開始進給機構(gòu)總裝配圖的繪制確定進給機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)，整理設(shè)計思路，并開始繪制進給機構(gòu)裝配圖各部件的裝配關(guān)系還不明顯,裝配圖還不全,缺少相關(guān)尺寸,明細(xì)表不完善182013年4月8日-4月12日完成進給機構(gòu)總裝配圖的繪制對畫出的裝配圖進行修改和完善，并完成進給機構(gòu)的總裝配圖無192013年4月15日-4月19日開始并完成主軸零件圖的繪制繪制主軸圖零件缺少尺寸，公差標(biāo)注202013年4月22日-4月26日開始并完成完成滾珠絲杠零件圖的繪制繪制滾珠絲杠圖零件缺少尺寸，公差標(biāo)注212013年4月29日-5月3日開始并完成零件圖的繪制繪制齒輪圖、軸承圖無222013年5月6日-5月10日開始并完成說明書初稿寫作完成說明書緒論，總體方案設(shè)計，結(jié)論，致謝，參考文獻對軸的設(shè)計計算比較生疏，查閱書籍，按照書上步驟一步一步設(shè)計計算232013年5月13日-5月17日說明書及相關(guān)資料、圖紙的修改及打印裝訂打印說明書、相關(guān)資料及圖紙論文格式嚴(yán)格按照學(xué)校的規(guī)范進行修改,完善242013年5月20日-5月25日整理資料準(zhǔn)備答辯整理資料。并熟讀資料，做好答辯的充分準(zhǔn)備存在很多細(xì)節(jié)方面的錯誤，應(yīng)認(rèn)真檢查并及時改正 說明：1、“工作計劃、進度”、“指導(dǎo)教師意見并簽字”由指導(dǎo)教師填寫，“每周主要完成內(nèi)容”，“存在問題、改進方法”由學(xué)生填寫。2、本表由各系妥善歸檔，保存?zhèn)洳?。存檔編碼：無無錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 2013 屆屆畢畢業(yè)業(yè)作作業(yè)業(yè)周周次次進進度度計計劃劃、檢檢查查落落實實表表 系別：信機系 班級：機械93班 學(xué)生姓名：肖宇 課題（設(shè)計）名稱：CK6163型數(shù)控機床設(shè)計 開始日期：2012.11.15 編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923148 學(xué)生姓名： 肖 宇 指導(dǎo)教師： 尤 麗 華 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） CK6163 型 數(shù)控機床設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的 成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用， 表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 93 學(xué) 號： 0923148 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 受益于國家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境和強勁的市場需求拉動， 國內(nèi)機床工具行業(yè)出現(xiàn)了技術(shù)長足發(fā)展、投資熱情高漲的局面。數(shù) 控機床的水平、品種和生產(chǎn)能力直接反映了國家的技術(shù)、經(jīng)濟綜合 國力。數(shù)控機床作為國防軍工的戰(zhàn)略裝備，是各種武器裝備最重要 的制造手段，是國防軍工裝備現(xiàn)代化的重要保證。數(shù)控機床一般由 輸入介質(zhì)、人機交互設(shè)備、計算機數(shù)控裝置、進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)、 主軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)、輔助控制裝置、反饋裝置和適應(yīng)控制裝置等部 分組成。隨著振興裝備制造業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域的高水平新產(chǎn)品的發(fā)展，每 個領(lǐng)域都對數(shù)控機床提出了更高的要求。CK6163 型數(shù)控機床也被 廣泛運用。此次進行對 CK6163 型數(shù)控機床的床頭箱、變速箱以及 進給機構(gòu)的設(shè)計。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 1、完成 CK6163 數(shù)控機床的床頭箱設(shè)計； II 2、完成 CK6163 數(shù)控機床變速箱設(shè)計； 3、完成 CK6163 數(shù)控機床進給機構(gòu)設(shè)計； 4、完成 CK6163 型數(shù)控機床滾珠絲杠的設(shè)計； 5、完成 CK6163 型數(shù)控機床的零件設(shè)計； 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 93 班 姓名 肖 宇 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所 所長簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 數(shù)控技術(shù)是當(dāng)今先進制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)，機械制造業(yè)的競爭，其實質(zhì)是 數(shù)控技術(shù)的競爭。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看,其主要研究熱點有以 下幾個方面：1功能發(fā)展方向；2結(jié)構(gòu)體系發(fā)展方向；3高速、高效、高精度、高可 靠性發(fā)展方向； CK6163 型數(shù)控機床是開環(huán)式的數(shù)字程序控制車床。 能進行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓 弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的啟動、停止和變速，縱向和橫向進給運 動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線、錐度、直螺紋和 錐螺紋等自動循環(huán)機能。 CK6163 型數(shù)控機床有床頭箱、變速箱、進給機構(gòu)、刀架、控制箱等組成。床頭箱中 由操縱油缸中的活塞桿帶動拔叉來控制雙向內(nèi)齒離合器的接通或放松，使主軸實現(xiàn)四級 變速。主運動采用分離傳動從而使變速箱實現(xiàn)四級變速。進給機構(gòu)由床鞍縱向進給電液 脈沖馬達、滾珠絲杠副和中間傳動齒輪副組成。 關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)；床頭箱；變速箱；進給機構(gòu)；滾珠絲杠； IV Abstract Numerical control technology is the core technology of the advanced manufacturing technology and equipment, machinery manufacturing competition, and its essence is the competition of numerical control technology.From the numerical control technology and equipment development trend, its main research focus has the following several aspects：1 .The direction of function development；2. The direction of structural system development；3. High speed, high efficiency, high precision and high reliability； CK6163 numerical controlled machine tool is the open loop type digital program controlled lathe. To inside and outside the cylinder, cone surface, such as processing arc face, straight thread and taper thread. Start, stop, and variable speed machine tool spindle, longitudinal and transverse feed motion of stroke and speed, transformation and the cooling of a tool, can be controlled automatically. And with a straight line, taper, straight thread and automatic cycle function of taper thread and so on. CK6163 numerical controlled machine tool headstock, transmission, feeding mechanism, tool carriage, control box, etc. Bedside box by manipulating the oil cylinder piston rod to control the bidirectional drive fork of the internal tooth clutch connected or relax, for level 4 speed of spindle. Separation is used in the main movement transmission so that realize four speed gearbox. Feed mechanism by the bed saddle longitudinal feed electric hydraulic pulse motor, ball screw pair and the intermediate transmission gears. Key words: Numerical control technology; Bedside cabinet; Gearbox; Feed mechanism; Ball screw; V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 ....................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 ................................................................................................................1 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 ............................................................................................................2 2 總體方案 ......................................................................................................................................3 2.1 CK6163 的現(xiàn)狀和發(fā)展 ..........................................................................................................3 2.2 CK6163 臥式車床的總體方案 ..............................................................................................3 3 主軸箱的設(shè)計 ..............................................................................................................................4 3.1 主軸箱的運動設(shè)計................................................................................................................4 3.1.1 已知條件 .........................................................................................................................4 3.1.2 結(jié)構(gòu)分析式 .....................................................................................................................4 3.1.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 .....................................................................................................................4 3.1.4 確定轉(zhuǎn)速圖 .....................................................................................................................5 3.1.5 確定各變速組傳動副齒數(shù) .............................................................................................6 3.2 齒輪傳動設(shè)計........................................................................................................................7 3.2.1 漸開線直齒輪設(shè)計 .........................................................................................................7 3.2.2 斜齒輪設(shè)計 .....................................................................................................................8 3.3 主軸傳動設(shè)計......................................................................................................................11 3.3.1 確定主軸最小直徑 .......................................................................................................11 3.3.2 主軸最佳跨距的確定 ...................................................................................................11 3.3.3 主軸剛度的校核 ...........................................................................................................12 3.4 帶傳動設(shè)計..........................................................................................................................12 3.5 滾珠螺母絲杠......................................................................................................................14 3.5.1 滾珠絲杠副的種類與結(jié)構(gòu) ...........................................................................................14 3.5.2 內(nèi)循環(huán)式 .......................................................................................................................14 3.5.3 外循環(huán)式 .......................................................................................................................14 3.5.4 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)參數(shù) ...............................................................................................15 3.5.5 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)特點 ...............................................................................................15 3.5.6 滾珠絲杠副的安裝支撐方式 .......................................................................................15 4 變速箱的設(shè)計 ............................................................................................................................17 4.1 運動部分計算......................................................................................................................17 4.1.1 參數(shù)確定的步驟和方法 ...............................................................................................17 4.2 傳動設(shè)計..............................................................................................................................18 4.2.1 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 .......................................................................................18 VI 4.2.2 主傳動順序的安排 .....................................................................................................19 4.2.3 傳動系統(tǒng)的擴大順序的安排 .....................................................................................19 4.2.4 傳動組的變速范圍的極限植 ......................................................................................19 4.2.5 最后擴大傳動組的選擇 .............................................................................................20 4.3 轉(zhuǎn)速圖的擬定......................................................................................................................20 4.3.1 主電機的選定 .............................................................................................................20 4.3.2 雙速和多速電機的應(yīng)用 ..............................................................................................20 4.3.3 電機的安裝和外形 ......................................................................................................20 4.3.4 常用電機的資料 ..........................................................................................................21 4.3.5 齒輪傳動比的限制 ......................................................................................................21 4.4 帶輪傳動部分的設(shè)計..........................................................................................................21 4.4.1 帶輪直徑確定的方法、步驟 ......................................................................................21 4.4.2 三角帶傳動的計算 ......................................................................................................21 4.4.3 選擇三角帶的型號 ......................................................................................................21 4.4.4 確定帶輪的計算直徑 D1、D 2 ....................................................................................22 4.5 齒輪傳動部分的設(shè)計..........................................................................................................24 4.6 電磁離合器的選擇..............................................................................................................28 4.6.1 按扭距選擇 ..................................................................................................................28 4.6.2 步驟 ..............................................................................................................................28 4.7 軸的設(shè)計計算......................................................................................................................29 4.7.1 軸的設(shè)計計算 ..........................................................................................................29 4.7.2 軸的設(shè)計計算 ..........................................................................................................29 4.8 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算..................................................................................................34 4.8.1 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計 ..................................................................................................34 4.8.2 縱向進給系統(tǒng)的設(shè)計計算 ..........................................................................................34 5 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................40 5.1 結(jié)論......................................................................................................................................40 5.2 不足之處及未來展望..........................................................................................................40 致謝 ...............................................................................................................................................41 參 考 文 獻...................................................................................................................................42 CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 數(shù)控機床通常由控制系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)，機械傳動及其他輔助系統(tǒng)組成。 數(shù)控機床相比較于普通機床有以下特點：（1）加工精度高，擁有穩(wěn)定加工質(zhì)量； （2）擁有多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工較為復(fù)雜的工件；（3）加工時間短；（4）生產(chǎn)效 率高；（5）自動化程度高，減輕勞動強度； 數(shù)控機床的控制方式有很多種，主要分為開環(huán)控制，閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制。開 環(huán)控制系統(tǒng)沒有反饋裝置，系統(tǒng)不會計算誤差，精度不高，但屬于經(jīng)濟型；閉環(huán)控制 系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)都裝有反饋裝置，他們區(qū)別在于反饋檢測裝置安裝位置不同， 閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋裝置在工作臺上，而半閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋裝置在軸端或者絲桿 上。本次研究的 CK6263 型數(shù)控機床的控制就屬于開環(huán)控制系統(tǒng)。 CK6163 型數(shù)控車床，是車床中應(yīng)用最廣泛、最典型的一種數(shù)控車床。該機床是 開環(huán)式的數(shù)字控制車床。能進行內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋 等加工。機床主軸的起動、停止和變速，縱向和橫向進給運動的行程和速度，刀具的 變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)功能。 在該機床中采用液壓卡盤、液壓尾座、快換刀架和機床外對刀裝置。該機床使用于加 工形狀復(fù)雜的中小批量的零件。 數(shù)控機床的主傳動方式分為集中傳動方式和分離傳動方式。集中傳動是指主傳動 和變速傳動在同一個主軸箱內(nèi)的傳動方式，其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)緊湊，便于實現(xiàn)集中操作， 安裝調(diào)整方便，主要用于普通精度的大中型機床；分離傳動是指主傳動的大部分傳動 和變速傳動安裝于遠離主軸的單獨變速箱內(nèi)，通過帶傳動將運動傳到主軸箱的傳動方 式，其優(yōu)點在于變速箱內(nèi)各傳動件所產(chǎn)生的的振動和熱能不直接傳給或少傳給主軸， 有利于提高主軸工作精度，主要運用于對精度要求高的機床。 CK6163 型數(shù)控機床就是采用了分離傳動，來提高工作精度。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的使能技術(shù)和最基本的裝備。 世界各國信息產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造 能力和水平，提高對市場的適應(yīng)能力和競爭能力。工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝 備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅大力發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在高精尖數(shù)控 關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。因此大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先 進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。 目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已經(jīng)先后完成數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)化進程，而我國是從 20 世紀(jì) 80 年代才開始起步，處于發(fā)展階段。國內(nèi)本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階 段，在產(chǎn)品設(shè)計水平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了 5-10 年；在 高、精、尖技術(shù)方面的差距則達到了 10-15 年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的能 力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 成品牌效應(yīng)。同時，中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等支撐 體系，市 場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知 識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 十二五期間我國將持續(xù)投入，且力度加大，力爭通過 10-15 年的時間，實現(xiàn)由機床工 具生產(chǎn)大國向機床工具強國轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)國產(chǎn)中高檔數(shù)控機床在國內(nèi)市場占有主導(dǎo)地位等 一系列中長期目標(biāo)。 在數(shù)控機床制造方面，德國和日本一直處于領(lǐng)先地位，德國是老牌工業(yè)強國，其鍛 壓機械種類齊全，基本上每一種鍛壓設(shè)備都有代表世界最先進水平的產(chǎn)品，比如通快的 鈑金成形機床、舒勒的大型覆蓋件壓力機、多工位壓力機和沖壓自動生產(chǎn)線、米勒萬家 頓的電動螺旋壓力機、奧姆科的熱模鍛壓力機、哈森克勒佛的離合器式螺旋壓力機、拉 斯科的鍛錘、辛北爾康普的大型液壓機、瓦格納-班寧的碾環(huán)機、雷菲爾德的旋壓機、 FELSS 的旋鍛機等等的鍛壓機械。日本的鍛壓機械和德國一樣，在世界上居于領(lǐng)先地位， 盡管在大型和重型鍛壓設(shè)備方面不如德國，但在數(shù)控鍛壓機械，尤其在伺服驅(qū)動壓力機 方面具有很高的技術(shù)水平。而在我國沈陽、大連兩市已基本成為全國數(shù)控車床、加工中 心的中央綜治委開發(fā)基地；在長江三角洲地區(qū)已成為數(shù)控磨床、電加工機床、板材加工 設(shè)備、等的主要生產(chǎn)基地。 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 本課題主要研究 CK6163 型數(shù)控機床的設(shè)計，主要設(shè)計主軸箱和變速箱，還有涉及到進 給機構(gòu)的設(shè)計，以及一些零部件的設(shè)計。而主要問題是：相關(guān)文獻資料的缺乏，對一些 結(jié)構(gòu)設(shè)計部分的具體設(shè)計指導(dǎo)，以及制圖軟件的高級運用技巧。 圖 1.1 CK6163 型數(shù)控機床 CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 3 2 總體方案 2.1 CK6163 的現(xiàn)狀和發(fā)展 數(shù)控機床是以數(shù)控系統(tǒng)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)機械制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機電一體 化產(chǎn)品；其技術(shù)范圍復(fù)蓋很多領(lǐng)域：(1)機械制造技術(shù)；(2)信息處理、加工、傳輸技術(shù)； (3)自動控制技術(shù)；(4) 伺服驅(qū)動技術(shù)； (5)傳感器技術(shù)；( 6)軟件技術(shù)等。計算機對傳統(tǒng)機械 制造產(chǎn)業(yè)的滲透，完全改變了制造業(yè)。制造業(yè)不但成為工業(yè)化的象征，而且由于信息技 術(shù)的滲透，使制造業(yè)猶如朝陽產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展天地。數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢：智能 化 ；網(wǎng)絡(luò)化 ；集成化 ；微機電控制系統(tǒng) ；數(shù)字化 。 我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思考： 1、注重系統(tǒng)配套 ； 2、注重產(chǎn)品的可靠性 ；3、提倡 創(chuàng)新，加強服務(wù)。 2.2 CK6163 臥式車床的總體方案 由于該設(shè)計給出的已知條件是 16 級變速，對于主軸箱的設(shè)計采用雙聯(lián)齒輪、撥叉、 電磁離合器實現(xiàn)主軸的變速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。進給部分用數(shù)控系統(tǒng)控制縱橫兩方向的步進 電機，實現(xiàn) X、Y 兩方向的進給運動；刀架采用四方刀架；參考的普通機床拆除其中的絲 杠、光杠進給箱、溜板箱，換上滾珠絲杠螺母副；在主軸后端加一主軸編碼器，以便加 工螺紋。 車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79 ，JB/Z143-79） 最大的工件回轉(zhuǎn)直徑 D 是 630mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1 大于或等于 315mm；主 軸通孔直徑 d 要大于或等于 80mm；主軸頭號（JB2521-79 ）是 4.5；最大工件長度 L 是 1500mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：321000r/min；級數(shù)范圍是： 16 級；主軸前端孔錐度是公制 100 號；縱向進給量 0.0120.47mm；刀架橫進給量范圍(在直徑上) 是 0.0120.47mm； 刀架縱向和橫向進給的脈沖當(dāng)量 0.01mm；主電機功率是 13kw。 本設(shè)計主要著重于主軸箱、變速箱和進給機構(gòu)的設(shè)計。CK6163 型數(shù)控機床主要結(jié)構(gòu) 圖如圖 2.1 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2.1 CK6163 型數(shù)控機床主 CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 5 3 主軸箱的設(shè)計 3.1 主軸箱的運動設(shè)計 3.1.1 已知條件 低轉(zhuǎn)速 nmin 為 32r/min，高轉(zhuǎn)速 nmax 為 1000r/min，轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍為 Rn=nmax/nmin=31.25 取 Rn=32 確定公比:選定主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列的公比為 1.25；求出主軸轉(zhuǎn)速級數(shù) Z Z=lgRn/lg+1= lg32/lg1.25+1=16.53 取 Z=16 3.1.2 結(jié)構(gòu)分析式 確定結(jié)構(gòu)式：16=2222 16=224 16=242 根據(jù)擬定轉(zhuǎn)速圖的原則篩選結(jié)構(gòu)式 1.極限傳動比、極限變速范圍原則； 2.確定傳動順序及傳動副數(shù)的原則“前多后少”的原則； 3.確定傳動順序與擴大順序相一致的原則“前密后疏” 的原則； 4.確定最小傳動比的原則“前慢后快” （降速） ， “前快后慢” （升速）的原則。 經(jīng)整理得： 16=2 1222428 3.1.3 擬定轉(zhuǎn)速圖 (1)選定電動機 一般金屬切削機床的驅(qū)動，如無特殊性能要求，多采用 Y 系列封閉自扇冷式鼠籠型 三相異步電動機。Y 系列電動機高效、節(jié)能、起動轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動小、運行安全可 靠。根據(jù)機床所需功率選擇 Y160M-4，其同步轉(zhuǎn)速為 1460r/min。 （2）分配總降速傳動比 總降速傳動比為 uII=nmin/nd=32/14600.0213,nmin 為主軸最低轉(zhuǎn)速，考慮是否需要 增加定比傳動副，以使轉(zhuǎn)速數(shù)列符合標(biāo)準(zhǔn)或有利于減少齒輪和及徑向與軸向尺寸，并分 擔(dān)總降速傳動比。然后，將總降速傳動比按“先緩后急”的遞減原則分配給串聯(lián)的各變 速組中的最小傳動比。 （3）確定各級轉(zhuǎn)速并繪制轉(zhuǎn)速圖 由 nmin= 32r/min;=1.25；z = 16 確定各級轉(zhuǎn)速： 1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80、63、40、32r/min。 本設(shè)計有四種傳動機構(gòu)，四段無級變速： (1)IV V VI VII VIII (2)IV V VII VIII (3)IV VI VII VIII （下?lián)懿孀螅?(4)IV VI VII VIII （下?lián)懿嬗遥? 先來確定 IV 軸的轉(zhuǎn)速 nmax=1450130/18640/3236/36190/304=791；取 nmax=800 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 nmin=145032/4032/40190/304=405；取 nmin=400 根據(jù)轉(zhuǎn)速圖跟結(jié)構(gòu)式，可確定 IV 軸的轉(zhuǎn)速為 400、500、630、800r/min 確定軸 V 的轉(zhuǎn)速 因為 IV 軸跟 V 軸是 1：1 傳遞，所以 V 軸的轉(zhuǎn)速等同 IV 軸轉(zhuǎn)速： 400、500、630、800r/min。 確定軸 VI 的轉(zhuǎn)速 由軸 IV 傳遞到軸 VI 可以得到四級轉(zhuǎn)速：400、500、630、800r/min 由軸 V 傳遞到軸 VI 可以得到四級轉(zhuǎn)速：40024/60=160 ；50024/60=200 ；63024/60=252 取 n=250 ；80024/60=320 取 n=315 所以 VI 軸的轉(zhuǎn)速確定為 160、200、250、315、400、500、630、800r/min 確定軸 VII 的轉(zhuǎn)速 由軸 IV 經(jīng)軸 V 直接傳遞到軸 VII 可以得到四級轉(zhuǎn)速：400、500、630、800r/min 由軸 IV 經(jīng)軸 VI 傳遞到軸 VII 可以得到八級轉(zhuǎn)速：80024/60=160 ；63024/60=125；50024/60=100；40024/60=80 (80060/24=2000 3060/24=1575 n=1600 50060/24=1250 40060/24=1000) 由軸 IV 經(jīng)軸 V 傳遞到軸 VI 再傳遞到軸 VII 可以得到四級轉(zhuǎn)速：31524/60=160 25024/60=100 20024/60=80 16024/60=63 確定 VII 軸的轉(zhuǎn)速為： 2000、1600、1250、1000、800、630、500、400、315、250、200、160、135、100、80 、63r/min 3.1.4 確定轉(zhuǎn)速圖 CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 7 圖 3.1 CK6163 轉(zhuǎn)速圖 3.1.5 確定各變速組傳動副齒數(shù) 軸 IV-V: 1/ia/2i 時： 64、66、68、70、72、74、76、84i zS 時： 64、66、68、70、72、74、76、84/1i 可取 84,于是可得軸 IV 齒數(shù)為：42；于是 zS 1/ia 可得軸 V 上的齒輪齒數(shù)為：42 軸 V-VI: ，5.2/1ib 時： 69、72、73、76、77、80、81、84、875.2/1ibz 可取 84，于是可得軸 V 上齒輪的齒數(shù)為：24；zS 于是 ，得軸 VI 上齒輪的齒數(shù)為：6060/41i 軸 VI-軸 VII: 5.21ci 時： 72、75、78、81、84、87、89、902zS 可取 84；得軸 VI 齒輪齒數(shù)為 24；zS 由 ； 得 VII 軸齒輪齒數(shù)為 605.1ci VII-軸 VIII： 21di 時： 72、75、78、81、84、87、89、9021dizS 可取 90.得軸 VII 齒輪齒數(shù)為 30；由 得 VIII 軸齒輪齒數(shù)為 6021di 根據(jù)軸數(shù)，齒輪副，電動機等已知條件可有如下系統(tǒng)圖： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 3.2 CK6163 床頭箱傳動系統(tǒng)圖 3.2 齒輪傳動設(shè)計 3.2.1 漸開線直齒輪設(shè)計 （1）選擇齒輪材料及精度等級: 因為是 1:1 傳遞,所以兩齒輪材料選擇一致:齒輪選用合金鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220250HBs ； 選 8 級精度，要求齒面粗糙度 Ra3.26.3 m （2）模數(shù)的確定： 在 IV 軸 上 42 齒 數(shù) 的 齒 輪 最 容 易 受 損 ， 所 以 應(yīng) 以 42 齒 數(shù) 齒 輪 位 代 表 進 行 模 數(shù) 計 算 ， 因 為 ： (3.1) 132.6FSdKmTYz 查 機械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.11“載荷系數(shù) K”得： ，因為：1.2K (3.2) 619.50pn 式子中 P為主動軸的傳輸功率 n為從動軸的的轉(zhuǎn)數(shù) IV 軸 的 計 算 轉(zhuǎn) 速 為 ： 140/minnr CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 9 則有 (3.3) 619.50pTn13.4kw6m 查 機械設(shè)計基礎(chǔ)表 11.19 得 1d 查 機械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.13“標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形系數(shù) ”得：YF 當(dāng) z=42 時 所對應(yīng)的外齒輪齒形系數(shù) 2.4F 查 機械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.14“標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) ”得：S 當(dāng) z=42 時 所對應(yīng)的外齒輪的應(yīng)力修正系數(shù) 1.67S 查 機械設(shè)計基礎(chǔ)圖 11.24 得： lim20FMPa 查圖 11.25 得： 1NY 查表 11.9 得： 因為.3FSli/FNFYS 所以 20/6F 經(jīng)整理得： 6321..41760m 取4.27 于是軸 IV 齒輪的直徑為 ；mdb81 因為是漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒輪,所以 V 軸齒輪的模數(shù)也為 m=4. ；mdb168422 （3）校核齒輪 按齒根彎曲疲勞強度校核: 如果 ，則校核合格。21FFSKTYbmd 確定有關(guān)系數(shù)與參數(shù)： 齒形系數(shù) ； 查表 11.12 得 F2.41FY 應(yīng)力修正系數(shù) ；查表 11.13 得 s 67s 許用彎曲應(yīng)力 F 由圖 11.24 查得 lim210MPa 由表 11.9 查得 .3FS 由圖 11.25 查得 sY 由式 21FFSKTbmd 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 可得2106.3FMPa 故 21.3062.41878FFS FKTYMPabmz 齒根彎曲強度校核合格. 驗算齒輪的圓周速度 16403.51//60dnvms 查表可知,選 8 級精度是合適的. 3.2.2 斜齒輪設(shè)計 （1）選擇齒輪材料及精度等級: 按表查得選擇齒輪的材料為 小齒輪選用 45 鋼調(diào)質(zhì)，硬度為 220-150HBs； 大齒輪選用 45 鋼正火，硬度為 170-210HBs； 選 8 級精度，要求齒面粗糙度 Ra3.2-6.3um。 （2）確定設(shè)計準(zhǔn)則 由于為閉式齒輪傳動,且兩齒輪均為齒面硬度 HBs 小于等于 350 的軟齒面,齒面點蝕 是最主要的失效形式.應(yīng)選按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計計算,確定齒輪的主要參數(shù)和尺 寸,然后再按彎曲疲勞強度校核齒根的彎曲強度 （3）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù): 轉(zhuǎn)矩 T1 (3.3) 69.50pn3.kw6190m 荷系數(shù) 查 機械設(shè)計基礎(chǔ)表 10.11“載荷系數(shù) K”得：K=1.1 齒數(shù) ,螺旋角 和齒寬系數(shù)1Zd 小齒輪齒數(shù)取為 30，大齒輪齒數(shù)是 60 初選螺旋角 =15 彈性系數(shù) E 由表 11.11 查得 189.Z 許用接觸應(yīng)力 H CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 11 查 機械設(shè)計基礎(chǔ)由圖 11.23 查得： lim1560HMPali23 由表 11.9 查得 HS (3.4)7160610524.8610hNnjL72/3.9i 查圖 11.26 得 12NZ 由 可得：lim/HHS1li560MPa2li/2N 故 631.931.dm1cos5cos4.920mnZ 由表 11. 3 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為 m=4.5 確定中心距 a 螺旋角 ：0(2)4.5(36)29.64coscos1nam 取中心距 a=210mm 主要尺寸計算： 104.5319.76cosmnZd2.628.5m139db 取 , 。240m1b 按齒根彎曲疲勞強度校核 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)： a 當(dāng)量齒數(shù)： 1330.28cosVZ26.7vv b 齒形系數(shù) FY 查表得： ；1.54F2.30 c 應(yīng)力修正系數(shù) S 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 查表得： ；1.63SY21.7S d 許用彎曲應(yīng)力 F 由圖查得： lim10FMPali29 由表查得 .3S 由圖查得： 12NY 由式： lim/FFS 可得： li16MPali/4FNF 故： 11.cosKTbz6FSFYPa2S21 21FMaY 齒根彎曲強度校核合格. 驗算齒輪的圓周速度 (3.5)3960.45/1/601dnvms 由表得可知,選 8 級精度是合適的. 3.3 主軸傳動設(shè)計 3.3.1 確定主軸最小直徑 （1）選擇軸的材料,確定許用應(yīng)力 由已知條件可知此主軸箱傳遞的功率屬中小功率,對材料無特殊的要求,故選 45 號鋼 并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,由機械設(shè)計一書中表 16.1 查得強度極限 =637MPa,再由表 16.3 得許B 用彎曲應(yīng)力 。160bMPa （2）按扭轉(zhuǎn)強度估算軸徑 由式： (3.6)3311d87pCn 考慮到主軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器,會有鍵槽存在.故需要將估算直徑加大.設(shè)計 手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑 10m 3.3.2 主軸最佳跨距的確定 主要參數(shù)工件最大直徑 車床，功率 .求軸承剛度，考慮機械效率，6313PKW 主軸最大輸出轉(zhuǎn)距： .8590761PTNm CK6163 型數(shù)控機床設(shè)計 13 床身上最大加工直徑約為最大回轉(zhuǎn)直徑的 60%,取 50%即 ,315m 切削力： NFC6701. 背向力： P3805. 故總的作用力： FCP2 次力作用于頂在頂尖間的工件上主軸尾架各承受一半, 故主軸軸端受力為： /379N 先假設(shè)： mlal25,3/ 前后支撐 分別為：BARNlaFlB12605739239 根據(jù)： 9.1.8.0cos)(.izldKarrv39,26AvB8.1.,7,2,30aaBAlmlziz0.90..81.53cos89A N..10. .3.9267BK/.7AB/85edm44640.5.0.62.3910I 1362.5889.75AEKa 。查 線 圖 0/l,與 原 假 設(shè) 相 符 732lm 3.3.3 主軸剛度的校核 前支承為雙列圓柱滾子軸承，后支承為雙列圓柱滾子軸承 ml 68.075.312743 當(dāng)量外徑 mde 56.801435684 444 主軸剛度：由于 .086.5.0// eid 故根據(jù)式（10-8） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 mNaldkAies /3.149075846.103103 9224244 對于